揭秘 LinkedList 源码：深入理解 Java 容器类的底层实现
2023-12-19 16:20:22
技术 | LinkedList：Java 容器类的源码剖析
导言
在 Java 容器类庞大的家族中，LinkedList 作为一种重要的链表结构，以其独特的优点和广泛的应用场景备受青睐。本文将带你踏上一段深入 LinkedList 源码之旅，揭开它的底层实现，全面解析其工作原理，助你深入理解 Java 集合框架。
LinkedList 的结构与特性
LinkedList 是基于双向链表实现的 List 接口，它由一组相互连接的节点组成，每个节点包含一个元素和指向下一个节点的引用。与 ArrayList 等数组结构的 List 不同，LinkedList 在内存中不是连续存储的，因此可以动态地插入和删除元素。
LinkedList 拥有以下特点：
- 双向迭代： 可以正向和反向遍历链表，方便访问元素。
- 灵活的插入和删除： 在链表任意位置插入或删除元素的时间复杂度为 O(1)，不需要移动其他元素。
- 内存开销较高： 由于每个节点都需要存储元素和指向下一个节点的引用，因此 LinkedList 的内存开销比 ArrayList 更高。
源码剖析
1. 节点结构
LinkedList 的核心是 Node 类，它定义了链表中每个节点的结构：
private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node<E> prev;
Node(E element, Node<E> next, Node<E> prev) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
item：存储链表元素。next：指向下一个节点的引用。prev：指向前一个节点的引用。
2. 字段和构造器
LinkedList 类定义了以下字段和构造器：
transient int size = 0;
transient Node<E> first;
transient Node<E> last;
public LinkedList() {
this(null);
}
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}
size：链表中元素的数量。first：指向链表第一个节点的引用。last：指向链表最后一个节点的引用。- 构造器允许通过传入集合来初始化 LinkedList。
3. 添加元素
LinkedList 提供了多种添加元素的方法：
addFirst(E e)：在链表开头添加元素。addLast(E e)：在链表末尾添加元素。add(E e)：在链表末尾添加元素。
这些方法通过创建新的 Node 节点并将其链接到链表中来实现添加操作。
4. 删除元素
LinkedList 也提供了多种删除元素的方法：
removeFirst()：删除链表第一个元素。removeLast()：删除链表最后一个元素。remove(Object o)：删除指定元素。
这些方法通过修改链表的引用来实现删除操作。
5. 迭代器
LinkedList 提供了 ListIterator 和 Iterator 两种迭代器来遍历链表：
ListIterator：可以正向和反向遍历链表，并允许添加和删除元素。Iterator：只能正向遍历链表。
6. 其他方法
LinkedList 还提供了其他一些有用的方法，例如：
get(int index)：获取指定索引处的元素。set(int index, E element)：修改指定索引处的元素。clear()：清空链表。
优缺点总结
优点：
- 灵活的插入和删除操作。
- 顺序访问性能良好。
- 支持双向迭代。
缺点：
- 随机访问性能较差。
- 内存开销较高。
应用场景
LinkedList 广泛应用于以下场景：
- 需要频繁插入和删除元素的场景。
- 需要双向遍历链表的场景。
- 需要在链表中查找特定元素的场景。
总结
通过对 LinkedList 源码的深入剖析，我们不仅了解了它的底层实现，也理解了它的工作原理。LinkedList 作为 Java 容器类中的一种重要结构，在实际开发中发挥着不可替代的作用。掌握 LinkedList 的特性和用法，将有助于我们编写更高效、更健壮的 Java 程序。
